机械设计课程设计

1、机械设计课程设计任务书机械设计课程设计任务书 1实用精品课件PPT 一、设计题目(18.2) 运送原料的带式运输机用的圆柱齿轮 减速器。设计内容：根据给定的工况 参数，选择适当的电动机、选取联轴 器、设计V带传动、设计一(两)级齿 轮减速器（所有的轴、齿轮、轴承、 减速箱体、箱盖以及其他附件）和与 输送带连接的联轴器。 2实用精品课件PPT 二、传动简图 图18.18 传动方式 3实用精品课件PPT 三、原始数据 运输带拉力F=（N） 运输带速度V= （m/s） 滚筒直径D= （mm） 滚筒及运输带效率=0.94。工作时， 载荷有轻微冲击。事内工作，水分和颗粒为 正常状态，产品生产批量为成批生

2、产，允许 总速比误差4%，要求齿轮使用寿命为10 年，二班工作制，轴承使用寿命不小于 15000小时，试设计齿轮减速器（两级）。 4实用精品课件PPT 四、设计工作量及要求 每个同学独立利用手工或计算机绘制 （使用autoCAD绘制）完成总装图一张 （一号图纸），高速轴、低速大齿轮和箱 盖零件图各一张（二号或三号图纸）、设 计计算说明书一份。设计内容包括电机和 联轴器选用，轴承选用与校核，V带、齿 轮、轴、齿轮箱设计（包括V带、轴、齿 轮的校核）。具体内容参见机械设计课程 设计一书14-18章。 5实用精品课件PPT 请参考下列文献： 1. 朱文坚、黄平：机械设计课程设计， 广州：华南理工大学

3、出版社 2. 机械零件设计手册，北京：冶金工业 出版社 3. 机械零件设计手册，北京：化学工业 出版社 6实用精品课件PPT 序号 输送带有效拉力F (N) 滚筒直径D (mm) 带速V (m/s) 5152006351.25 5263255750.98 5365455951.00 5462506601.05 5559306301.07 5663805801.07 5766006001.02 5865455950.98 5950006201.06 6055005751.01 7实用精品课件PPT 第14章机械系统传动装置设计 由于原动机的输出转速、转矩、运动 形式往往和工作机的要求不同，因此需

4、要 在它们之间加入传动系统装置。由于传动 装置的选用、布局及其设计质量对整个设 备的工作性能、重量和成本等影响很大， 因此合理地拟定传动方案具有重要的意义。 机械系统传动装置设计的内容包括：确定 传动方案、选定电动机型号、计算总传动 比和合理分配各级传动比、计算传动装置 的运动和动力参数。 8实用精品课件PPT 14.2传动方案的确定 为了满足某一工作机的性能要求，可采 用不同的传动机构、不同的组合和布局， 在总传动比保持不变的情况下，还可按不 同的方法分配各级传动的传动比，从而得 到多种传动方案以供分析、比较。合理的 传动方案首先要满足机器的功能要求，例 如传递功率的大小、转速和运动形式。此

5、 外还要适应工作条件（工作环境、场地、 工作制度等），满足工作可靠、结构简单、 尺寸紧凑、传动效率高、使用维护便利、 工艺性好、成本低等要求。 9实用精品课件PPT 图14.1是电动铰车的三种传动方案。其中： 方案a采用二级圆柱齿轮减速器，适合于繁 重及恶劣条件下长期工作，使用与维护方 便，但结构尺寸较大；方案b采用蜗轮蜗杆 减速器，结构紧凑，但传动效率较低，长 期连续使用不够经济；方案c用一级圆柱齿 轮减速器和开式齿轮传动，成本较低，但 使用寿命较短。从上述分析可见，虽然这 三种方案都能满足电动铰车的功能要求， 但结构、性能和经济性都不同，要根据工 作条件要求来选择较好的方案。 10实用精品

6、课件PPT 图14.1电动绞车传动方案简图 1-电动机；2、5-联轴器；3-制动器；4-减 速器；6-卷筒；7-轴承；8-开式齿轮 11实用精品课件PPT 12实用精品课件PPT 13实用精品课件PPT 为了便于设计时选择传动装置，表14.1列 出了常用减速器的类型及特性，表A.6列 出了各种机械传动的传动比。 14实用精品课件PPT 若课程设计任务书中已提供了传动方案， 则应对该方案的可行性、合理性及经济性 进行论证，也可提出改进性意见并另行拟 定方案。 15实用精品课件PPT 14.3电动机的选择 电动机的选择应在传动方案确定之后 进行，其目的是在合理地选择电动机类型、 功率和转速的基础上

7、，具体确定电动机型 号。 1.选择电动机类型和结构型式 电动机类型和结构型式要根据电源 （交流或直流）、工作条件和载荷特点 （性质、大小、起动性能和过载情况）来 选择。 16实用精品课件PPT 工业上广泛使用三相异步电动机。对载荷 平稳、不调速、长期工作的机器，可采用 鼠笼式异步电动机。Y系列电动机为我国 推广采用的新产品，它具有节能、启动性 能好等优点，适用于不含易燃、易爆和腐 蚀性气体的场合以及无特殊要求的机械中。 对于经常起动、制动和反转的场合，可选 用转动惯量小、过载能力强的YZ型、YR 型和YZR型等系列的三相异步电动机。 17实用精品课件PPT 电动机的结构有开启式、防护式、封闭式

8、 和防爆式等，可根据工作条件选用。同一 类型的电动机又具有几种安装型式，应根 据安装条件确定。 2. 确定电动机的功率 电动机的功率选择是否恰当，对整个 机器的正常工作和成本都有影响。所选电 动机的额定功率应等于或稍大于工作要求 的功率。功率小于工作要求的功率，则不 能保证工作机正常工作，或使电动机长期 过载、发热大而过早损坏；但功率过大， 18实用精品课件PPT 则增加成本，并且由于效率和功率因数低 而造成浪费。电动机的功率受运行时发热 条件限定，由于课程设计中的电动机大多 是在常温和载荷不变（或变化不大）的情 况下长期连续运转，因而在选择其功率时， 只要使其所需的实际功率（简称电动机所 需

9、功率）Pd不超过额定功率Ped，即可避 免过热。即使PedPd。 19实用精品课件PPT 1)工作机主轴所需功率 若已知工作机主轴上的传动滚筒、链 轮或其他零件上的圆周力（有效拉力） F(N）和圆周速度（线速度v(m/s),则在 稳定运转下工作机主轴上所需功率Pw按 下式计算： (14.1) 20实用精品课件PPT 若已知工作机主轴上的传动滚筒、链轮 或其他零件的直径D(mm)和转速n （r/min)，则圆周速度v按下式计算： (14.2) 若已知工作机主轴上的转矩T(Nm)和转 速n (r/min),则工作机主轴所需功率Pw按 下式计算： (1.3) 21实用精品课件PPT 有的工作机主轴上

10、所需功率，可按专业 机械有关的要求和数据计算。 2)电动机所需功率 电动机所需功率Pd按下式计算： (14.4) 式中：Pw -工作机主轴所需功率，kW； 由电动机至工作机主轴之间的总效 率。 22实用精品课件PPT 总效率按下式计算： (14.5) 式中1，2，n分别为传动装置中 每一传动副（齿轮、蜗杆、带或链）、 每对轴承、每个联轴器的效率，其概略 值见表A.7。w为工作机的效率。 23实用精品课件PPT 24实用精品课件PPT 计算总效率时，要注意以下几点： (1)选用表A.7数值时，一般取中间值。如 工作条件差、润滑不良时，应取低值；反 之取高值。 (2)动力每经过一对运动副或传动副，

11、就有 一次功耗，故在计算总效率时，都要计入。 (3)表A.7中齿轮、蜗杆、带与链的传动效 率未计入轴承效率，故轴承效率须另计。 表中轴承效率均指一对轴承的效率。 25实用精品课件PPT 3.确定电动机的转速 同一功率的异步电动机有3000r/min、 1500r/min、 1000r/min,750r/min等几种同 步转速。一般来说，电动机的同步转速愈 高，则磁极对数愈少，外廓尺寸愈小，价 格愈低；反之，转速愈低，外廓尺寸愈大， 价格愈高。因此，在选择电动机转速时， 应综合考虑与传动装置有关的各种因素， 通过分析比较，选出合适的转速。一般选 用同步转速为1000r/min和1500r/min

12、的电 动机为宜。 26实用精品课件PPT 根据选定的电动机类型、功率和转速，可 由表K.1和表K.2查出电动机的具体型号和 外形尺寸。后面传动装置的计算和设计工 作，就按照已选定的电动机型号的额定功 率Ped、满载转速n,、电动机的中心高度、 外伸轴径和外伸轴长度等条件来进行。 27实用精品课件PPT 14.4计算总传动比和分配各级传动比 根据电动机的满载转速nm和工作机主轴的 转速nw，传动装置的总传动比按下式计算： i=nm/nw（14.6) 总传动比i为各级传动比的连乘积，即 i=i1i2.in 总传动比的一般分配原则： (1)限制性原则。各级传动比应控制在表 A.6给出的常用范围以内。

13、采用最大值时 将使传动机构尺寸过大。 28实用精品课件PPT (2)协调性原则。传动比的分配应使整个 传动装置的结构匀称、尺寸比例协调而 又不相互干涉。如传动比分配不当，就 有可能造成V带传动中从动轮的半径大于 减速器输入轴的中心高、卷筒轴上开式 齿轮传动的中心距小于卷筒的半径、多 级减速器内大齿轮的齿顶与相邻轴的表 面相碰等情况。 29实用精品课件PPT (3)等浸油深度原则。对于展开式双级圆 柱齿轮减速器，通常要求传动比的分配应 使两个大齿轮的直径比较接近，从而有利 于实现浸油润滑。由于低速级齿轮的圆周 速度较低，因此其大齿轮的直径允许稍大 些（即浸油深度可深一些）。其传动比分 配可查图1

14、4.2。 30实用精品课件PPT (4)等强度原则。在设计过程中，有时往 往要求同一减速器中各级齿轮的接触强度 比较接近，以使各级传动零件的使用寿命 大致相等。若双级减速器各级的齿宽系数 和齿轮材料的接触疲劳极限都相等，且两 级中心距之比a2/a1=1.1,则通用减速器的 公称传动比可按表14.2搭配。 31实用精品课件PPT 图14.2两级圆柱齿轮减速器传动比分配 32实用精品课件PPT (5)优化原则。当要求所设计的减速器的重量最 轻或外形尺寸最小时，可以通过调整传动比和 其他设计参数（变量），用优化方法求解。上 述传动比的搭配只是初步的数值。由于在传动 零件设计计算中，带轮直径和齿轮齿数

15、的圆整 会使各级传动比有所改变，因此，在所有传动 零件设计计算完成后，实际总传动比与要求的 总传动比有一定的误差，一般相对误差控制在 (3-5) %的范围内。 33实用精品课件PPT 14.5传动装置的运动和动力参数计算 为了给传动件的设计计算提供依据， 应计算各传动轴的转速、输入功率和转 矩等有关参数。 计算时，可将各轴由高速至低速依次 编为0轴（电动机轴）、I轴、II轴， 并按此顺序进行计算。 1计算各轴的转速 传动装置中，各轴转速的计算公式为： 34实用精品课件PPT （14.7） 式中：i0l、i12、i23分别为相邻两轴 间的传动比；nm为电动机的满载转速。 35实用精品课件PPT

16、2计算各轴的输入功率 电动机的计算功率一般可用电动机所需 实际功率Pd作为计算依据，则其他各轴 输入功率为： （14.8） 式中：01、12、23分别为相邻两轴 间的传动效率。 36实用精品课件PPT 3计算各轴输入转矩 电动机输出转矩 其他各轴输入转矩为 （14.9） （14.10） 37实用精品课件PPT 第15章传动零件的设计计算和轴系零件 的初步选择 15.1传动零件的设计计算 传动装置零部件包括传动零件、支撑零 部件和联接零件，其中对传动装置的工 作性能、结构布置和尺寸大小起主要决 定作用的是传动零件，支撑零部件和联 接零部件都要根据传动零件的要求来设 计。因此，一般应先设计传动零件

17、，确 定其尺寸、参数、材料和结构，为设计 装配草图和零件工作图做准备。 38实用精品课件PPT 传动零件包括V带传动、链结构、齿轮传 动、蜗杆蜗轮传动等，传动零件的设计计 算方法已在机械设计和机械设计基 础教材中讲述，这里不再重复。 15.2轴系零件的初步选择 轴系零件包括轴、联轴器、滚动轴承等。 轴系零件的选择步骤如下： 39实用精品课件PPT 1初估轴径 当所计算的轴与其他标准件（如电机轴）通过 联轴器相连时，可直接按照电机的输出轴径或 相连联轴器的允许直径系列来确定所计算轴的 直径值。当所计算的轴不与其他标准件相连时， 轴的直径可按扭转强度进行估算。初算轴径还 要考虑键槽对轴强度的影响，

18、当该段轴截面上 有一个键槽时，d增大5；有两个键槽时，d 增大10%，然后将轴径圆整为标准值。按扭转 强度计算出的轴径，一般指的是传递转矩段的 最小轴径，但对于中间轴可作为轴承处的轴径。 40实用精品课件PPT 初估出的轴径并不一定是轴的真实直径。轴的 实际直径是多少，还应根据轴的具体结构而定， 但轴的最小直径不能小于轴的初估直径。 2选择联轴器 选择联轴器包括选择联轴器的型号和类型。 联轴器的类型应根据传动装置的要求来选 择。在选用电动机轴与减速器高速轴之间连接 用的联轴器时，由于轴的转速较高，为减小起 动载荷、缓和冲击，应选用具有较小转动惯量 和有弹性元件的联轴器，如弹性套柱销联轴器 等。

19、 41实用精品课件PPT 在选用减速器输出轴与工作机之间连接 用的联轴器时，由于轴的转速较低，传 递转矩较大，且减速器与工作机常不在 同一机座上，要求有较大的轴线偏移补 偿，因此常选用承载能力较强的无弹性 元件的挠性联轴器，如鼓形齿式联轴器 等。若工作机有振动冲击，为了缓和冲 击，避免振动影响减速器内传动件的正 常工作，可选用有弹性元件的联轴器， 如弹性柱销联轴器等。 42实用精品课件PPT 联轴器的型号按计算转矩、轴的转速和 轴径来选择。要求所选联轴器的许用转 矩大于计算转矩，还应注意联轴器两端 毂孔直径范围与所联接两轴的直径大小 相适应。 43实用精品课件PPT 3初选滚动轴承 滚动轴承的

20、类型应根据所受载荷的大 小、性质、方向、转速及工作要求进行 选择。若只承受径向载荷或主要是径向 载荷而轴向载荷较小，轴的转速较高， 则选择深沟球轴承；若轴承同时承受较 大的径向力和轴向力，或者需要调整传 动件（如锥齿轮、蜗杆蜗轮等）的轴向 位置，则应选择角接触球轴承或圆锥滚 子轴承。由于圆锥滚子轴承装拆方便， 价格较低，故应用最多。 44实用精品课件PPT 根据初步计算的轴径，考虑轴上零件的轴 向定位和固定要求，估计出装轴承处的轴 径，再选用轴承的直径系列，这样就可初 步定出滚动轴承型号。 45实用精品课件PPT 设计实例 例题17-1设计某工厂螺旋输送机的传动装 置。 设计的原始数据：输送物

21、料为面粉，输送 机螺旋直径D=0.3m,螺距p=0.24m，主轴转 速n=90r/min，连续单向运转，水平输送长 度L=40m，载荷变动小，三班制，使用期 限10年。 解： （一）输送机的输送量及功率计算 1输送量计算 46实用精品课件PPT 按式（17-1)计算输送量： Q=47D2 pnC 式中，D=0.3m，p=0.24m，n=90r/min。 由表17-3，取=0.6104 N/m3；由表17-2 取=0.36；由表17-4，因=0，取C=1.0。 代入各数值得 Q=20104 N/h 2计算功率 按式（17-2)计算输送机主轴上所需功率 47实用精品课件PPT 式中，Q=20l04

22、 N/h。 由表17-5取0=1.2；L1=L=40m；H=0。 代入各数值得 Pw=2.61 kW （二）传动装置的总体设计 1拟定传动方案 48实用精品课件PPT 图17-2螺旋输送 机传动装置简图 1-电动机；2-V 带传动；3-单级 圆柱齿轮减 速器；4-联轴器； 5-螺旋输送器 49实用精品课件PPT 本传动装置采用普通V带传动和单级圆柱 齿轮减速器，其传动装置如图17-2所示。 2选择电动机 （1)选择电动机类型 按工作条件和要求，选用Y系列三相异 步电动机。 (2）选择电动机功率 按式（17-3)计算电动机所需功率 50实用精品课件PPT 式中，取k=1.3；Pw=2.61kW；

23、传动装置 的总效率 l、2、3、4分别为V带传动、齿轮传 动、滚动轴承、十字滑块联轴器的效率。 由表A.7，取1=0.96；2=0.97； 3=0.99；4=0.97。故 51实用精品课件PPT 查表K.1，选取电动机的额定功率Ped= 4kW。 （3)选择电动机转速 根据输送机主轴转速n及有关机械传动 的常用传动比范围（见表A.6），取普通 V带传动的传动比i1=24，单级圆柱齿轮 减速器的传动比i2=36，可计算电动机转 速的合理范围为 52实用精品课件PPT 查表K.1，符合这一范围的电动机同步转 速有750、1000,1500和3000r/min四种，现 选用同步转速1500r/min

24、,满载转速 nm=1440r/min的电动机，由表K.2查得其型 号和主要数据如下： 53实用精品课件PPT 3.确定传动装置的总传动比及其分配 传动装置的总传动比 取V带传动比i1=3.2,则单级圆柱齿轮减速 器的传动比为 54实用精品课件PPT 4计算传动装置的运动和动力参数 （1)计算各轴输入功率 电动机轴 轴I（减速器 高速轴） 轴II （减速器 低速轴） 55实用精品课件PPT （2）计算各轴转速 电动机轴 轴I 轴II 56实用精品课件PPT （3）计算各轴转矩 电动机轴 轴I 轴II 57实用精品课件PPT 把上述计算结果列于下表： 三）传动零件的设计计算 1普通V带传动的设计计

25、算 普通V带传动的设计计算可参考教材中 相应内容。 V带轮的结构如图17-3所示。 58实用精品课件PPT 图17-3 V带轮结构图 59实用精品课件PPT 2齿轮传动设计 （1)选择齿轮类型、材料、精度及参数 选用斜齿圆柱齿轮传动。 选择齿轮材料；选取小齿轮材料为45 号钢，调质，HBS1=230；大齿轮材料为 ZG310-570，正火，HBS2=190。 选取齿轮为8级精度（GB 10095- 1988）。 选小齿轮齿数z1=23，大齿轮齿数 z2=uz1=i2z1=523=115。 初选螺旋角=12。 60实用精品课件PPT (2）按齿面接触疲劳强度设计 (3)校核齿根弯曲疲劳强度 齿面

26、接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度的 计算请参阅教材内容。 (4）齿轮传动的几何尺寸计算（略） (5)齿轮结构设计 小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用辐板 式结构。 大齿轮的结构如图17-4所示。 61实用精品课件PPT 图17-4大齿轮结构图 62实用精品课件PPT 四）减速器铸造箱体的主要结构尺寸。 按表16.6经验公式计算，其结果列于下表： 63实用精品课件PPT （五）轴的设计 1高速轴设计 （1)选择轴的材料 选取45号钢，调质，HBS=230。 (2）初步估算轴的最小直径 根据教材公式，取A0=110，得 64实用精品课件PPT (3)轴的结构设计，初定轴径及轴向尺寸 考虑带轮的结构要求

27、及轴的刚度，取 装带轮处轴径dmin=30mm，按轴的结构 要求，取轴承处轴径d=40mm，轴的装 配草图如图17-5。 65实用精品课件PPT 图17-5轴的装配草图 66实用精品课件PPT 两轴承支点间的距离为 式中B1小齿轮齿宽，B1=65mm； 1箱 体内壁与小齿轮端面的间隙，1=12mm; 2箱体内壁至轴承端面的距离，取 2=10mm;B轴承宽度，初选6308型深沟 球轴承，查表13-3得B=23mm。 67实用精品课件PPT 代入上式得 带轮对称线至轴承支点的距离为 式中l2轴承盖的高度， 68实用精品课件PPT t-轴承盖凸缘厚度，t=1.2d4=1.28l0mm； k -轴承盖

28、M8螺栓头的高度，查表得 k=5.6mm； l3螺栓头端面至带轮端面的距离，取 l3=15mm； B3带轮宽度，B3=65mm。 代入上式得 69实用精品课件PPT (4）按弯扭合成应力校核轴的强度 绘出轴的计算简图 轴的计算简图如图17-6a所示。 计算作用在轴上的力 小齿轮受力分析 圆周力 径向力 70实用精品课件PPT 轴向力 带传动作用在轴上的压力 Q=1147 N 计算支反力 水平面 71实用精品课件PPT 垂直面 作弯矩图 水平面弯矩 72实用精品课件PPT 73实用精品课件PPT 74实用精品课件PPT 垂直面弯矩 75实用精品课件PPT 合成弯矩 作转矩图 76实用精品课件PP

29、T 作计算弯矩图 当扭转剪应力为脉动循环变应力时， 取系数a=0.6，则 77实用精品课件PPT 按弯扭合成应力校核轴的强度 轴的材料为45号钢，调质，查表得拉 伸强度极限B=650MPa，对称循环变应 力时的许用应力-1b=60MPa。 由计算弯矩图可见，A剖面的计算弯矩 最大，该处的计算应力为 78实用精品课件PPT D剖面轴径最小，该处的计算应力为 (5)精确校核轴的疲劳强度（略）。 (6）轴的结构图如图17-7所示。 2低速轴设计（从略）。 79实用精品课件PPT 图17-7高速轴的结构图 80实用精品课件PPT （六）滚动轴承的选择和计算 滚动轴承的选择和计算见教材相应内容。 （七）

30、键联接的选择和强度校核 1高速轴与V带轮用键联接 （1)选用单圆头普通平键（C型） 按轴径d=30mm及轮载长B3=65mm， 查表10-1选键C863 (GB/T 1096-1979）。 81实用精品课件PPT （2）强度校核 键材料选用45号钢，V带轮材料为铸 铁，查表得键联接的许用应力 p=5060MPa，键的工作长度l=L- b/2=63-8/2=59mm，k=h/2=7/2=3.5mm。 挤压应力 安全。 82实用精品课件PPT 2低速轴与齿轮用键联接 （1)选用圆头普通平键（A型） 按轴径d=55mm及轮毅长B2=66mm， 查表10-1选键1650（GB/T 1096-1979）。 （2）强度校核 键材料选用45号钢，齿轮材料为铸钢， 查表得许用应力p